1、TiAl基合金因具有比剛度高、比強度高、耐氧化和抗蠕變性能好等優(yōu)點，在航空航天領域有著廣闊的應用前景。但TiAl基合金因其固有的結(jié)構(gòu)特點，室溫塑性差，且高溫變形抗力大，使其極難進行塑性加工，限制了該材料的工程應用，制約了其實用化。為了克服TiAl基合金塑性加工困難，獲得高致密度、低成本和形狀復雜的高性能TiAl材料零件，本文提出Ti/Al復合粉末鍛造與反應燒結(jié)相合的新工藝。該工藝的特點是利用Al、Ti混合物材料的塑性較好，易于塑性加工的

2、特點，將所得的Ti/Al復合粉末坯料進行鍛造，再經(jīng)反應燒結(jié)從而獲得高密度燒結(jié)構(gòu)件，有效地避免了TiAl基化合物加工困難這一難題。針對該工藝，本文著重進行了以下幾方面研究。
　　研究了Ti/Al復合粉末坯料的制備工藝。通過對不同工藝燒結(jié)后Ti/Al復合粉末坯料進行組織觀察，揭示 Ti/Al粉體坯料在不同燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間下組織演變規(guī)律。對各個條件下的坯料進行熱壓縮實驗，研究了具有不同組織坯料的成形性能，結(jié)果表明，Ti/Al復合粉末坯

3、料的變形是由顆粒的彈塑性變形和顆粒間的滑移轉(zhuǎn)動綜合作用的，且經(jīng)溫度450℃，保溫2小時燒結(jié)后得到的坯料成形性能最佳。
　　通過 Ti/Al復合粉末坯料在溫度300~600℃，應變速率0.1~0.001s-1范圍內(nèi)的熱壓縮模擬試驗，研究了變形溫度、應變速率、相對密度對流變應力的影響規(guī)律；綜合考慮壓縮試樣裂紋出現(xiàn)及其內(nèi)部顆粒偏聚情況，Ti/Al復合粉末材料鍛造時，應選在溫度為400℃以上，應變速率小于0.01s-1條件下進行鍛造成形，

4、且變形量不宜過大?；跓釅嚎s試驗結(jié)果，建立了Ti/Al粉末體材料的本構(gòu)方程，并制作了其熱加工圖，初步確立了其最佳鍛造工藝參數(shù)，為后續(xù)的粉末鍛造提供了參考依據(jù)。
　　研究了Ti/Al復合粉末體坯在不同變形條件下的變形致密情況，結(jié)果表明， Ti/Al復合粉末材料在變形過程中易致密，其泊松比受相對密度、應變速率和變形溫度的影響；研究了初始相對密度分布、摩擦、孔隙形狀、變形程度、變形溫度和應變速率對變形致密的影響規(guī)律，表明增大摩擦、變形溫

5、度、變形程度和減小應變速率能提高Ti/Al復合粉末體坯的致密化效果；根據(jù)Ti/Al復合粉末單向壓縮斷裂情況及其斷裂極限圖，確定了其最佳變形工藝為500℃，0.001s-1；基于粉末材料的塑性理論，建立了與溫度和應變速率有關的Ti/Al復合粉末材料屈服準則，為粉末鍛造數(shù)值模擬提供了材料參數(shù)。
　　通過有限元方法對Ti/Al復合粉末預成型坯的壓制過程進行了模擬，得到了預成型坯內(nèi)部相對密度分布情況，以及壓制力與平均相對密度的關系。根據(jù)模

6、擬結(jié)果，對Ti/Al復合粉末預成型坯進行壓制實驗獲得了后續(xù)鍛造所需的密度和尺寸合格的預成型坯。采用 ABAQUS軟件，對Ti/Al粉末體錐形零件鍛造過程進行模擬，分析了相對密度、等效應力場、等效應變場的分布情況，并研究了摩擦系數(shù)、溫度、應變速率對鍛造過程的影響，結(jié)果表明，Ti/Al粉末體錐形零件鍛造的最佳變形條件為500℃，0.001s-1，摩擦系數(shù)0.1。在該工藝條件下進行粉末鍛造實驗，制得了質(zhì)量合格的錐形粉末鍛件。
　　通過T

7、i、Al箔在不同條件下的反應燒結(jié)實驗，系統(tǒng)的研究了Ti/Al在低溫和高溫燒結(jié)條件下的反應機理，結(jié)果表明：520℃~630℃范圍內(nèi)，Al未完全消耗時，Ti/Al反應生成唯一的產(chǎn)物TiAl3；在630℃~900℃時，Ti/TiAl3擴散反應中間產(chǎn)物為TiAl2，在1050℃~1150℃時，Ti/ TiAl3擴散反應中間產(chǎn)物為TiAl2和Ti2Al5。根據(jù)反應產(chǎn)物厚度與時間、溫度的關系，建立了TiAl3、TiAl金屬間化合物和總反應層的動力學

8、方程，推算出相應的反應激活能和動力學指數(shù)，為反應燒結(jié)制備TiAl金屬間化合物提供理論基礎。
　　研究了Ti/Al復合粉末在高能球磨過程中的顆粒形貌和組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。通過機械球磨和粉末鍛造方法制備一定層片距離和致密度的粉末鍛坯，對其進行反應燒結(jié)實驗，驗證動力學方程并分析了反應燒結(jié)組織演變規(guī)律；通過高溫壓縮試驗，研究了燒結(jié)態(tài)TiAl基合金的力學性能，揭示了球磨時間、燒結(jié)工藝參數(shù)對其屈服強度的影響；球磨5h的Ti/Al復合粉經(jīng)粉末鍛